[發明專利]一種寡層石墨烯及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201810043585.3
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108298530A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 李永峰;馬新龍;李云;王德恩;田曉娟
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 閆加賀;姚亮

本發明提供了一種寡層石墨烯及其制備方法與應用，該寡層石墨烯是以天然鱗片石墨為原料，利用CO₂流體在超臨界條件下對該天然鱗片石墨進行插層，插層結束，再經快速泄壓后制備得到的。本發明所提供的制備方法可以實現寡層石墨烯的工業化批量生產，并且其工藝簡單，操作費用較低，所得寡層石墨烯的層數為1?10層。將該寡層石墨烯用作鋰離子電池負極材料，其可以提供較低且平穩的工作電壓，相對于商業石墨，在相同的充放電測試條件下，其具有更寬闊的電壓平臺；此外，在容量方面，其具有更優異的倍率性能，而且在不同的電流密度下都具有更高的可逆容量。

技術領域

本發明涉及一種寡層石墨烯及其制備方法與應用，屬于碳材料及其應用技術領域。

背景技術

鋰離子電池是一種具有高能量密度和循環壽命長等優點的新型儲能器件。該電池主要由正極、負極和電解液三部分組成。其中，正極材料包括磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰以及一些三元正極材料，其中商業上一般采用磷酸鐵鋰；商業負極材料為天然石墨。電池充電時，正極材料中脫嵌出的鋰離子經過電解液后，嵌入到負極材料中，電池放電時，鋰離子由負極脫出并嵌入到正極材料中。對于負極來說，石墨可以提供較低而且平穩的工作電壓，而且其循環壽命長，庫倫效率也很高；但是它的理論容量有限，只有372mA h g^-1，這大大限制了鋰離子電池電化學性能的提高。

石墨烯是一種具有理想二維結構的sp²雜化新型碳材料，其為構成石墨片、碳納米管和富勒烯的基本結構單元，并且石墨烯具備優異的力學性質、良好的導電性以及其他一系列特殊的電學、光學、熱學、化學性質；這些獨特的特性為其在電子器件以及作為電極材料的體相材料等方面的應用提供了可能性。相對于石墨，石墨烯具有高比表面積和高電導率等優點，石墨烯是由單層碳原子無序松散聚集形成，這將有利于鋰離子的嵌入和脫出，石墨烯的雙面都能儲存鋰離子，因此增強了鋰離子的儲存能力。金屬氧化的理論容量較高。Yoo等人(Nano Letters 2008；8(8):2277-82)測試了石墨烯在鋰離子電池負極中的性能，電化學測試結果表明其比容量可達540mA h g^-1。Yao等人(Nanoscale Research Letters2014；9(1):1-6.)合成的中空石墨烯微球用作鋰離子電池負極時，在50mA g^-1時，其可逆容量為903mA h g^-1，即使在500mA h g^-1下，其可逆容量仍能達到502mA h g^-1，并且在50mA g^-1電流下循環60圈后，其容量為652mA h g^-1。

為滿足本領域對鋰離子電池高能量密度的需求，采用具有優異導電性能的石墨烯作為鋰離子電池負極材料可以提高鋰的存儲以及增強鋰離子的擴散速率。因此，提供一種導電性能優異的石墨烯并將其作為鋰離子電池負極材料已經成為本領域亟需解決的技術問題。

發明內容

為了解決上述的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種寡層石墨烯。

本發明的目的還在于提供所述寡層石墨烯的制備方法。

本發明的目的還在于提供所述寡層石墨烯作為鋰離子電池負極材料的應用。

本發明的目的還在于提供含有所述寡層石墨烯的鋰離子電池用電極漿料。

本發明的目的還在于提供所述鋰離子電池用電極漿料的制備方法。

為達到上述目的，本發明提供一種寡層石墨烯，該寡層石墨烯是以天然鱗片石墨為原料，利用CO₂流體在超臨界條件下對該天然鱗片石墨進行插層，插層結束，再經快速泄壓后制備得到的。

根據本發明具體實施方案，優選地，該寡層石墨烯的層數為1-10層。

本發明還提供了所述寡層石墨烯的制備方法，其包括以下步驟：